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退出目录专题1基因工程退出目录1.1DNA重组技术的基本工具退出目录课前预习导学退出目录目标导航学习目标重点难点1.记住DNA重组技术所需三种基本工具的作用。2.理解DNA连接酶的种类及作用。3.识记基因工程中,作为载体需要具备的条件。重点:基因重组技术所需的三种基本工具。难点:基因工程载体需要具备的条件。退出目录预习导引退出目录一、基因工程基因工程,又称基因拼接技术或DNA重组技术。通俗地说,就是按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞里,定向地改造生物的遗传性状。二、基因工程的基本工具1.限制性核酸内切酶(限制酶)——“分子手术刀”(1)来源:主要是从原核生物中分离纯化出来的。(2)功能:能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开。(3)结果:经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式:黏性末端和平末端。退出目录2.DNA连接酶——“分子缝合针”(1)作用:将切下的双链DNA片段“缝合”,恢复被限制酶切开的磷酸二酯键,拼接成新的DNA分子。(2)种类𝐸·𝑐𝑜𝑙𝑖DNA连接酶:从大肠杆菌中分离得到,只连接互补的黏性末端T4DNA连接酶:从T4噬菌体中分离出来,对于两种末端都能连接,但对平末端连接效率比较低退出目录3.载体——“分子运输车”(1)最常用的载体是质粒,它是一种裸露的、结构简单的、独立于细菌拟核DNA之外,并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。(2)其他载体:λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。(3)载体的条件:①能够在细胞中自我复制;②有一个至多个限制酶切割位点,便于外源DNA片段(基因)的插入;③具有标记基因,供重组DNA的鉴定和选择;④在宿主细胞内友好借居,不影响宿主细胞的生命活动;⑤分子大小应合适,以便提取和体外操作。退出目录预习交流限制酶主要是从原核生物中分离纯化出来的,迄今已从近300种不同的微生物中分离出了约4000种限制酶。1.你能推测限制酶在原核生物中的作用是什么吗?提示:原核生物容易受到自然界外源DNA的入侵,但是,生物在长期的进化过程中形成了一套完善的防御机制,以防止外来病原体的侵害。限制酶就是细菌的一种防御性工具,当外源DNA侵入时,限制酶会将外源DNA切割掉,以保证自身的安全。所以,限制酶在原核生物中主要起到切割外源DNA使之失效,从而达到保护自身的目的。退出目录2.为什么限制酶不剪切细菌本身的DNA?提示:生物在长期演化过程中,含有某种限制酶的细菌,其DNA分子中或者不具备这种限制酶的识别切割序列,或者通过甲基化酶将甲基转移到所识别序列的碱基上,使限制酶不能将其切开。这样,尽管细菌中含有某种限制酶也不会使自身的DNA被切断,并且可以防止外源DNA的入侵。退出目录3.你能用图示表示出EcoRⅠ限制酶是如何切割DNA片段的吗?提示:如下图:退出目录问题导学一、理解基因工程的概念活动与探究1.基因工程另外的名称是什么?它应用的技术有哪些?提示:基因拼接技术或DNA重组技术。DNA体外重组和转基因等技术。2.基因工程操作的对象是什么?操作所在的水平是什么水平?操作的环境是体内,还是体外?提示:基因工程操作的对象是基因,因此其所在的水平是分子水平;基因工程是在生物体外进行DNA重组和转基因等技术操作的。3.基因工程的目的或结果是什么?基因工程是定向的吗?提示:得到人类所需要的基因产物。基因工程是按照人的意愿进行设计和施工的,所以它会定向改变生物的性状。退出目录迁移与应用以下有关基因工程的叙述,正确的是()。A.基因工程是细胞水平上的生物工程B.基因工程的产物对人类都是有益的C.基因工程产生的变异属于人工诱变D.基因工程育种的优点之一是目的性强解析:基因工程是指按照人们的意愿,把一种生物的某种基因提取出来,加以修饰改造,然后放到另一种生物的细胞里,定向改造生物的遗传性状,因此,基因工程育种的优点之一是目的性强,D项正确;基因工程是在DNA分子水平上的生物工程,并不是所有的基因产物对人类都有益,基因工程产生的变异属于基因重组,因此A、B、C三项错误。答案:D退出目录不同生物的DNA能够重组的基础(1)基本组成单位相同:不同生物的DNA分子都是由脱氧核苷酸构成的。(2)空间结构相同:不同生物的DNA分子一般都是由两条反向平行的脱氧核苷酸长链形成的规则的双螺旋结构。(3)碱基配对方式相同:不同生物的DNA分子中两条链之间的碱基配对方式均是A与T配对,G与C配对。退出目录二、基因工程的三种工具活动与探究1.切割DNA的工具是什么?其作用特性是什么?提示:限制性核酸内切酶。限制性核酸内切酶能够识别双链DNA分子的某种特定核苷酸序列,并且使每一条链中特定部位的两个核苷酸之间的磷酸二酯键断开,因此具有专一性。2.限制酶切割DNA时断开的是哪种化学键?切割后产生的DNA片段末端通常有哪两种形式?如何区分它们?提示:限制酶切割的是核苷酸之间的磷酸二酯键,而不是碱基对之间的氢键。DNA分子经限制酶切割产生的DNA片段末端通常有两种形式——黏性末端和平末端。当限制酶在它识别序列的中心轴线两侧将DNA的两条链分别切开时,产生的是黏性末端,而当限制酶在它识别序列的中心轴线处切开时,产生的则是平末端。退出目录3.将切下来的DNA片段拼接成新的DNA分子要依靠哪种酶来连接?连接后形成哪种化学键?提示:DNA连接酶,它通过恢复被限制酶切开的两个核苷酸之间的磷酸二酯键而将双链DNA片段“缝合”起来。4.常用的DNA连接酶有哪两类?它们的来源和性质有什么差别?提示:DNA连接酶有两类:E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶。E·coliDNA连接酶是从大肠杆菌中分离得到的,只能连接黏性末端,而T4DNA连接酶是从T4噬菌体中分离出来的,既可连接黏性末端,又可连接平末端。退出目录5.DNA连接酶与DNA聚合酶是一回事吗?为什么?提示:两者不是一回事,它们的主要差别表现在:(1)DNA聚合酶只能将单个核苷酸加到已有的DNA片段的3'末端的羟基上,形成磷酸二酯键;而DNA连接酶是在两个DNA片段之间形成磷酸二酯键,不是在单个核苷酸与DNA片段之间形成磷酸二酯键。(2)DNA聚合酶是以一条DNA链为模板,将单个核苷酸通过磷酸二酯键形成一条与模板链互补的DNA链;而DNA连接酶是将DNA双链片段上的缺口连接起来。因此DNA连接酶不需要模板。退出目录6.“分子运输车”的作用是什么?具备什么条件才能充当“分子运输车”?天然质粒DNA分子可以直接用作基因工程的载体吗?提示:在基因工程中,使用“分子运输车”——载体有两个目的:一是用它作为运载工具,将目的基因送到宿主细胞中去;二是利用它在宿主细胞内对目的基因进行复制。作为载体应具有能自我复制、有一个至多个限制酶切割位点、有标记基因等特点。天然质粒DNA分子都要经过人工改造,才能用作基因工程的载体。退出目录迁移与应用以下说法正确的是()。A.所有的限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列B.质粒是基因工程中唯一的“分子运输车”C.“分子运输车”必须具备的条件之一是具有一个或多个限制酶切割位点,以便与外源基因连接D.所有的DNA连接酶都能够连接黏性末端和平末端退出目录解析:每一种限制酶都具有专一性,能识别特定的核苷酸序列和具有特定的酶切位点。除了质粒以外,动植物病毒等也可以作为“分子运输车”,作为“分子运输车”的基本条件是能自我复制且在宿主细胞内稳定存在,具有一个至多个限制酶切割位点,具有标记基因。DNA连接酶根据其来源不同分为两类:E·coliDNA连接酶和T4DNA连接酶,前者只能连接互补的黏性末端,后者对于两种末端都能连接,但是连接平末端的效率比较低。答案:C退出目录1.各种有关的酶的比较(1)限制酶与DNA连接酶的比较作用应用限制酶使特定部位的磷酸二酯键断开用于提取目的基因和切割载体DNA连接酶在DNA片段之间重新形成磷酸二酯键用于基因表达载体的构建退出目录(2)DNA连接酶与DNA聚合酶的比较DNA连接酶DNA聚合酶相同点催化两个脱氧核苷酸之间形成磷酸二酯键模板不需要模板需要DNA的一条链为模板作用对象游离的DNA片段单个的脱氧核苷酸作用结果形成完整的DNA分子形成DNA的一条链用途基因工程DNA复制退出目录(3)限制酶与DNA解旋酶的比较①相同点:都作用于DNA分子中的化学键。②不同点:两者作用部位不同,前者作用于磷酸与脱氧核糖之间的磷酸二酯键,而后者作用于两个成对碱基之间的氢键。2.质粒与载体DNA基因工程中作为载体使用的DNA分子很多都是质粒,即独立于细菌拟核DNA之外并具有自我复制能力的很小的双链环状DNA分子。是否所有质粒都可以作为基因工程载体使用呢?其实不然,作为基因工程使用的载体必须满足以下条件:(1)载体DNA必须有一个至多个限制酶的切割位点,以便目的基因可以插入载体。这些供目的基因插入的限制酶的切点,还必须是在质粒本身需要的基因片段之外,这样才不至于因目的基因的插入而失活。退出目录(2)载体DNA必须具备自我复制的能力,或整合到受体染色体DNA上随染色体DNA的复制而同步复制。(3)载体DNA必须带有标记基因,以便重组后进行重组子的筛选。(4)载体DNA必须是安全的,不会对受体细胞有害,或不能进入除受体细胞外的其他生物细胞中去。(5)载体DNA分子大小应适合,以便提取和在体外进行操作,太大就不便操作了。实际上自然存在的质粒DNA分子并不完全具备上述条件,都要进行人工改造后才能用于基因工程操作。退出目录当堂检测退出目录1.基因工程的最终目的是()。A.定向提取生物体的DNAB.定向地对DNA分子进行人工剪切C.在生物体外对DNA分子进行改造D.定向地改造生物的遗传性状解析:基因工程通过对生物体的基因进行修饰改造,按照人们的意愿使生物体表现出人们所需要的性状,产生出人们所需要的基因产物。可见,基因工程的目的是定向地改造生物的遗传性状。答案:D退出目录2.下列黏性末端属于同一限制酶切割而成的是()。A.①②B.①③C.①④D.②③答案:B退出目录3.关于基因工程中DNA连接酶的叙述,正确的是()。A.连接两个肽链片段B.催化单个核苷酸和单链DNA分子间形成磷酸二酯键C.能作用于单链DNAD.连接两个DNA片段答案:D退出目录4.下列关于细菌质粒的叙述,正确的是()。A.质粒是存在于细菌细胞中的一种细胞器B.质粒是独立于细菌拟核DNA外能自我复制的小型环状DNAC.质粒是基因工程中唯一的载体D.质粒的存在与否对宿主细胞的生存有决定性作用解析:质粒主要存在于原核生物中,是独立于细菌拟核DNA外能自我复制的小型环状DNA;质粒是DNA而不是细胞器。一般来说,质粒的存在与否对宿主细胞的生存没有决定性作用。质粒是基因工程常用的“分子运输车”,除质粒外,被用作载体的还有λ噬菌体的衍生物、动植物病毒等。答案:B退出目录5.下表关于基因工程中有关的名词及对应的内容,正确的组合是()。供体“分子手术刀”“分子缝合针”载体受体A质粒限制酶DNA连接酶提供目的基因的生物大肠杆菌等B提供目的基因的生物DNA连接酶限制酶质粒大肠杆菌等退出目录续表供体“分子手术刀”“分子缝合针”载体受体C提供目的基因的生物限制酶DNA连接酶质粒大肠杆菌等D大肠杆菌等DNA连接酶限制酶提供目的基因的生物质粒解析:基因工程中的“分子手术刀”是限制酶,“分子缝合针”是DNA连接酶,最常用的载体是质粒,受体多用原核生物,如大肠杆菌等。答案:C